一抹金黄从何而来？解析花卉类黄色素合成调控网络

为什么花朵有浓艳红蓝、清雅明黄植物花色的背后是一套高度精细的基因调控程序。从花青素的红蓝紫显色到黄酮醇、类胡萝卜素主导的黄色系形成多重代谢通路相互制衡、精准调控造就了千姿百态的花色景观也成为现代花卉分子育种的核心突破口。那植物花色——黄色素的常见研究机制有哪些呢根据色素通路来说主要有两大类一类是花青素/黄酮通路例如MBW 三元复合物保守机制红/粉/蓝花常见的通路结构基因有CHS、CHI、F3H、DFR等转录因子介导的转录调控研究也最多经典包括MYB有分激活型拟南芥AtPAP1、月季 RcMYB1、抑制型拟南芥AtMYB3/4物种花色分化大多由 MYB 表达差异决定bHLH与 MYB 互作增强 DNA 结合能力稳定复合体两者的作用模式一般为MBW 结合相关通路结构基因启动子批量激活花青素合成进而使花瓣呈现红、紫、粉色。黄酮通路调控DFR基因以2026年1月2日Plant, Cell and Environment期刊在线发表的西南林业大学园林园艺学院屈燕教授团队题为“Multilayer Regulation of Yellow Flower Pigmentation in Meconopsis integrifolia by Competing Enzymes MiFLS2 and MiDFR6”的研究文章IF8.1为例。署名文献*本篇文章中的“WB”与“酵母双杂交”实验由南京瑞源生物提供。全缘叶绿绒蒿Meconopsis integrifolia是罂粟科、绿绒蒿属植物呈鲜艳黄色这种色素沉着背后的分子机制目前较少。作者对三个花发育关键阶段进行代谢组和转录组分析结果鉴定出 87 种黄酮类化合物主要差异代谢物其中三种主要黄酮类化合物在花瓣发育过程中表达水平逐步降低。选取其中关键生物合成基因 MiFLS2 和 MiDFR6MiFLS2 的表达与上游黄酮类基因及 MiDFR6 的表达呈负相关推测其可能具有负向调控功能相反MiDFR6 过表达与黄酮类生物合成途径中多个基因的协同上调相关表明其可能具有正向调控功能。最终全缘叶绿绒蒿中高 MiFLS2/MiDFR6 表达比被证实是控制二氢黄酮合成的关键因素赋予了花朵黄色表型。图全缘叶绿绒蒿黄色花色素形成机制研究的基础数据图那除了上述花青素/黄酮通路外另一大类是类胡萝卜素通路调控黄/橙花关键结构基因有PSY、CRTISO、LCYB等经典转录因子有ERFAP2/ERF位于乙烯通路下游直接靶向类胡萝卜素结构基因常见的在果实、花瓣中广泛正向调控。作用模式一般为无保守三元 MBW 复合体以单一 TF或 TF两两互作为主。类胡萝卜素通路调控CRTISO基因以2025年6月北京市农林科学院等研究团队在Plant Physiology and Biochemistry期刊上发表“Key transcription regulators in the formation of yellow traits in rose petals”的文章IF6.2为例。月季是一种观赏花卉花色直接决定观赏价值与商品价值花瓣显色分为三大色素体系花青素红/粉/紫、类黄酮浅黄/白色、类胡萝卜素黄、橙。其中黄色月季花瓣的黄色性状由类胡萝卜素积累主导橙色花瓣为花青素类胡萝卜素共同作用。作者通过靶向代谢组、花瓣转录组以及WGCNA 加权基因共表达网络锚定4 个候选 TF即RhMYB3、RhMYB305、RhMYB30、RhERF23结合 KEGG、Nr 等数据库对所有 unigene 功能注释匹配植物类胡萝卜素经典合成通路注释出通路全套酶基因RhCRTISO类胡萝卜素异构酶和分支关键基因RhLCYB番茄红素 β 环化酶CRTISO与LCYB是通路核心分支酶直接对应 β-胡萝卜素生成。接着作者通过分子互作实验Y1H、EMSA证实 4 个 TF 直接靶向激活 RhLCYB、RhCRTISO 启动子并通过Y2H、BiFC揭示协同调控网络RhMYB305 与 RhMYB3/RhMYB30/RhERF23 蛋白互作从而协同促进类胡萝卜素积累通过构建瞬时遗传转化体系RhMYB305 分别与 RhMYB3/RhMYB30/RhERF23 共瞬时转化时烟草、月季花瓣黄色表型更深类胡萝卜素积累量显著高于单基因过表达RhCRTISO、RhLCYB、RhBCH表达进一步升高说明 RhMYB305 作为互作核心与其他 TF 形成转录复合物协同增强类胡萝卜素合成最终形成月季花瓣黄色表型。图玫瑰花瓣中RhMYB3、RhMYB305、RhMYB30和RhERF23的转录水平类胡萝卜素通路调控RCP基因以2025年12月南京林业大学等研究团队在Plant Biotechnology Journal期刊上发表“Two Indel Variations in the Regulated Carotenoid Pigment Gene Hold the Key to the Interspecies Flower Colour Differentiation in Liriodendron Plants”的文章IF12.8为例。北美鹅掌楸花被片中部积累大量 α/β-胡萝卜素形成标志性橙色条纹观赏价值高中国鹅掌楸花瓣仅淡黄绿色几乎无橙色斑纹类胡萝卜素积累量极低。花色分化是物种生殖隔离、传粉昆虫偏好的核心性状同时也是木本花卉分子育种关键靶标。LCYE、LCYB是已知的类胡萝卜素通路关键酶通过WGCNA 筛选与色素、LCYE高度正相关的模块模块内 17 个候选 TF 中MYB14命名 RCP 表达模式和LCYE、总类胡萝卜素积累趋势完全同步定为首要候选调控因子。其中LtRCP为北美鹅掌楸无 IndelLcR为中国鹅掌楸带双 Indel。Y1H、GUS、双荧光素酶共同证明 LtRCP 可直接结合LtLCYE启动子并显著激活转录烟草瞬时过表达 LtRCP上调 PSY、LCYE 等通路基因总类胡萝卜素含量大幅上升。中国鹅掌楸 LcRCP 第三外显子存在 24bp15bp 两个特有插入缺失导致蛋白 C 端 13 个氨基酸插入Indel 改变蛋白三维空间结构大幅降低 RCP 与 LCYE 启动子 DNA 结合亲和力LcRCP 不再激活 LCYE反而显著抑制其转录瞬时转化材料类胡萝卜素含量显著下降。因此作者根据该结论推测木兰属花色的分化可能归因于RCP基因的插入缺失变异。图RCP调控木兰花瓣类胡萝卜素生物合成的工作模型结合以上的几个案例我们可以了解到植物花色由色素合成、转录调控、蛋白互作、环境激素、色素转运降解多层通路共同决定MYB、ERF 等转录因子是调控网络的核心枢纽。以月季黄色花瓣类胡萝卜素调控通路为代表多转录因子协同激活关键结构基因是观赏花卉着色的重要模式。系统解析花色调控分子网络可为花卉品质改良、特色花色新品种创制提供关键靶标基因与理论支撑推动花卉育种从传统杂交迈向精准分子设计育种时代。